建物診断装置
【課題】 耐震強度を含む建物の耐震性能を簡単に取得できるような建物診断装置を提供する。
【解決手段】 本発明による建物診断装置は、建物に配置されて建物を加振するための加振機２０と、建物に配置された第１の加速度検出器２１と組み合わされる。建物診断装置は、前記加振機で加振周波数を変化させながら水平方向に加振している時に前記第１の加速度検出器から得られる加速度検出信号を受け、該加速度検出信号がピーク値を示す前記加振周波数を建物の卓越周波数f０として検出すると共に、検出した卓越周波数f０を用い、建物の耐震強度ТＫを、あらかじめ定められた第１の式ТＫ＝（２πｆ０）２／ｇ（但し、ｇは重力の加速度９８０ｃｍ／ｓｅｃ２）から算出する解析器１５を含む。
【解決手段】 本発明による建物診断装置は、建物に配置されて建物を加振するための加振機２０と、建物に配置された第１の加速度検出器２１と組み合わされる。建物診断装置は、前記加振機で加振周波数を変化させながら水平方向に加振している時に前記第１の加速度検出器から得られる加速度検出信号を受け、該加速度検出信号がピーク値を示す前記加振周波数を建物の卓越周波数f０として検出すると共に、検出した卓越周波数f０を用い、建物の耐震強度ТＫを、あらかじめ定められた第１の式ТＫ＝（２πｆ０）２／ｇ（但し、ｇは重力の加速度９８０ｃｍ／ｓｅｃ２）から算出する解析器１５を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建物、特に住宅家屋の耐震性能を診断する建物診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、建物の建築に際しては耐震設計が施される。一般住宅家屋でも耐震構造に加えて、免震構造や減震構造を採用した建築が増えつつあるが、免震構造や減震構造は高価であることから、その増加率は新築住宅の増加率に比べれば低い。
【０００３】
想定される震度を考慮した耐震構造を採用する場合であっても、住宅が構築される地盤には一種、二種、三種の種別があり、その種別に応じた設計が必要である。しかしながら、このようにして設計された値はあくまでも一般式に基づく設計値であり、設計値が基準を満足していれば安全かと言えば、必ずしもそうであるとは言えない。
【０００４】
このような現状から、新築住宅の購買者には、購入した住宅が実際にどの程度の耐震性能を持つのかを知りたいという欲求がある。つまり、設計値に基づいて求められる耐震性能は、一般式に基づくものであって、実際の住宅構造や地盤状況を考慮したものではないので、あくまでも目安程度のものに過ぎないという心配があるからである。
【０００５】
一方、耐震性能数値の取得欲求は新築住宅の購買者に限らず、現在住んでいる住宅、いわば中古住宅の所有者も同様であるが、設計値をそのまま当てはめて計算することは難しい。
【０００６】
【非特許文献１】「耐震・免震・制震のはなし」第７８−７９頁、斉藤大樹著、２００５年７月２６日、日刊工業新聞社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
建物の耐震性能を示す数値として、例えば耐震強度がある。耐震強度は、建物に対して様々な計測を行い、その計測結果を用いて計算で算出することができる。しかしながら、計測作業は煩雑であり、耐震強度計算も１つの計算式で与えられるものではなく、複雑である。
【０００８】
このような問題点に鑑み、本発明は、耐震強度を含む建物の耐震性能を簡単に取得できるような建物診断装置を提供しようとするものである。
【０００９】
本発明は、特に戸建住宅における耐震性能を判断する要素として、少なくとも耐震強度、壁量、偏心率を簡単に得ることのできる建物診断装置を提供しようとするものである。
【００１０】
本発明はまた、新築の建物のみならず、中古の建物にも適用可能な建物診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による建物診断装置は、建物に配置されて建物を加振するための加振機と、建物に配置された第１の加速度検出器と組み合わされ、前記加振機で加振周波数を変化させながら水平方向に加振している時に前記第１の加速度検出器から得られる加速度検出信号を受け、該加速度検出信号がピーク値を示す前記加振周波数を建物の卓越周波数f０として検出すると共に、検出した卓越周波数f０を用い、建物の耐震強度ТＫを、あらかじめ定められた第１の式ТＫ＝（２πｆ０）２／ｇ（但し、ｇは重力の加速度９８０ｃｍ／ｓｅｃ２）から算出する解析器を含む。
【００１２】
なお、前記卓越周波数ｆ０の検出を、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行い、前記解析器は前記耐震強度ＴＫの算出をＸ軸、Ｙ軸に関して行うことが望ましい。
【００１３】
本発明による建物診断装置によればまた、前記解析器は、前記検出した卓越周波数ｆ０から、建物の壁量Ｒを、屋根材が軽量材である場合にあらかじめ定められた第２の式ＲＬ＝１００×（ｆ０−２．９８／６．１４）（ｃｍ／ｍ２）で算出し、屋根材が重量材である場合にあらかじめ定められた第３の式ＲＨ＝１００×（ｆ０−３．３５／３．９）（ｃｍ／ｍ２）で算出することができる。この場合も、前記卓越周波数ｆ０の検出を、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行い、前記解析器は前記建物の壁量Ｒの算出をＸ軸、Ｙ軸に関して行うことが望ましい。
【００１４】
本発明による建物診断装置によればさらに、前記屋根材が前記重量材である場合の建物の上部重量をＷＵＨとし、この場合に検出された卓越周波数をｆ０Ｈとし、前記屋根材を前記軽量材に変更した時の前記上部重量をＷＵＬとした場合、前記解析器は、前記屋根材を前記軽量材に変更した時の卓越周波数ｆ０Ｌをあらかじめ定められた第４の式ｆ０Ｌ＝［（ｆ０Ｈ）２×ＷＵＨ／ＷＵＬ］１／２により算出し、算出した卓越周波数ｆ０Ｌを前記第１の式に代入して前記屋根材を前記軽量材に変更した時の前記耐震強度ＴＫの算出を行うことができる。この場合も、前記卓越周波数ｆ０Ｈの検出を、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行い、前記解析器は前記屋根材を前記軽量材に変更した時の前記耐震強度ＴＫの算出をＸ軸、Ｙ軸に関して行うことが望ましい。
【００１５】
本発明による建物診断装置によればさらに、前記加振機をあらかじめ知られている住宅の重心位置に配置すると共に、該重心位置を通るＸ軸上の住宅の端部の一方に前記第１の加速度検出器を、他方に第２の加速度検出器を配置し、前記加振機で加振周波数を変化させながらＹ軸かつ水平方向に加振している時に前記第１、第２の加速度検出器から得られる第１、第２の加速度検出信号を受け、前記解析器は、該第１、第２の加速度検出信号がピーク値を示す加速度値をそれぞれα１Ｘ、α２Ｘとして検出し、偏心率ＲｅＸをあらかじめ定められた第５の式
ＲｅＸ＝ＡＸ（ｒＸ＋１）／（ｒＸ）１／２×ＬＸ−１／（ｒＸ）１／２
（但し、ＬＸは建物のＸ軸方向の幅、ＡＸはＸ軸上での第１の加速度検出器から剛心までの距離、ｒＸは１／α１Ｘ、１／α２Ｘのうち、小さい方を分母としたＸ軸方向の剛性比である）により算出し、続いて、前記重心位置を通るＹ軸上の住宅の端部の一方に前記第１の加速度検出器を、他方に前記第２の加速度検出器を配置し、前記加振機で加振周波数を変化させながらＸ軸かつ水平方向に加振している時に前記第１、第２の加速度検出器から得られる第１、第２の加速度検出信号を受け、前記解析器は、これら第１、第２の加速度検出信号がピーク値を示す加速度値をそれぞれα１Ｙ、α２Ｙとして検出し、偏心率ＲｅＹをあらかじめ定められた第６の式
ＲｅＹ＝ＡＹ（ｒＹ＋１）／（ｒＹ）１／２×ＬＹ−１／（ｒＹ）１／２
（但し、ＬＹは建物のＹ軸方向の幅、ＡＹはＹ軸上での第１の加速度検出器から剛心までの距離、ｒＹは１／α１Ｙ、１／α２Ｙのうち、小さい方を分母としたＹ軸方向の剛性比である）により算出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、建物自体の持つ耐震性能、特に耐震強度を計測し、より効果的で安価に耐震補強のできる手法が提供される。すなわち、本発明による建物診断装置は、まず、その建物の持つ固有の耐震強度を目視でなく計測器及び解析器を使用して正確に表示できる。これにより、顧客は自身の建物の周りで発生する近い将来の地震に対し建物が倒壊しないだけの十分安心できる補強を考えることができる。補強は、壁の補強、筋交の補強、重い屋根を軽い屋根に代える間接的な補強方法のいずれも事前に評価し、実施することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１を参照して、本発明による耐震性能診断を実施するための計測システムについて説明する。計測システムは、周波数可変の加振信号を発生する任意波発振器１１、加振信号を増幅する電力増幅器１２、電力増幅器１２からの増幅された加振信号で加振を行なう加振機２０、加振機２０で加振されている間の加速度を検出する第１、第２の加速度検出器２１、２２、これらの検出信号を増幅するための増幅器１３、１７、アナログ信号である検出信号をディジタルの加速度信号に変換するＡ／Ｄ変換器１４、１８、解析器１５、パラメータ入力部１９を含む。ここでは、本発明を２階建ての戸建住宅に適用する場合について説明するが、１階建てや３階建て以上の建物にも適用可能であることは言うまでもない。また、新築、中古の別は問わない。
【００１８】
次に、本計測システムによる耐震性能診断について説明する。以下の耐震性能診断は、解析器１５にインストールされている耐震性能診断のための解析処理プログラムに基づいて行われる。従って、解析器１５は、パーソナルコンピュータ、特にポータブルタイプのパーソナルコンピュータによって実現することができる。この場合、パラメータ入力部１９はキーボードで実現される。また、増幅器、Ａ／Ｄ変換器は解析器に内蔵されていても良い。
【００１９】
［耐震強度の算出］
耐震強度を得る場合、第１の加速度検出器２１の検出信号のみが使用される。
【００２０】
図１において、任意波発振器１１に対して波形を指定することにより、任意波発振器１１から、ここでは正弦波が発生され、電力増幅器１２で増幅されて加振機２０に与えられる。加振機２０は増幅された正弦波に基づいて住宅１を水平方向に振動させる。その時の住宅１の加速度が第１の加速度検出器２１で検出される。第１の加速度検出器２１で検出された加速度信号は、第１の増幅器１３で増幅され第１のＡ／Ｄ変換器１４でディジタル信号に変換されて解析器１５に与えられる。解析器１５は、前述のように解析処理プログラムに基づいて信号処理及び解析処理を行うものである。解析器１５にはまた、任意波発振器１１からの正弦波信号が周波数信号として与えられる。
【００２１】
なお、任意波発振器１１は周波数の異なる複数種類の正弦波信号を発生することができるほか、ランダム波信号としてマルチサイン信号、スウェプトサイン信号を発生することができる。マルチサイン信号というのは、異なる周波数ｆ１〜ｆｎの正弦波信号を様々な振幅を持つように合成した信号である。一方、スウェプトサイン信号というのは、異なる周波数ｆ１〜ｆｎの正弦波信号を振幅が一定の状態になるように合成した信号で、いわば周波数変調波である。
【００２２】
第１の加速度検出器２１で検出される加速度をＵｈとすると、加速度Ｕｈと加振機２０による加振周波数ｆ（任意波発振器１１からの信号周波数）との関係は図２のようになる。つまり、加速度Ｕｈは加振周波数ｆがある値ｆ０になるとピーク値を示す。この周波数は卓越周波数（あるいは固有周波数）と呼ばれる。
【００２３】
解析器１５は、任意波発振器１１からの周波数信号とＡ／Ｄ変換器１４からの加速度信号により、上記卓越周波数ｆ０を検出する。続いて、解析器１５は、以下の式（１）（第１の式）に基づいて耐震強度ＴＫを算出する。
【００２４】
ТＫ＝（２πｆ０）２／ｇ （１）
但し、ｇは重力の加速度９８０ｃｍ／ｓｅｃ２である。
【００２５】
上記式（１）は以下のようにして導かれたものである。
【００２６】
一般的に、建物の強さ（剛性）は建物のばね定数Ｋで表され、非特許文献１によると、固有円振動数ω（＝２πｆ）とばね定数Ｋとの間に、２π／ω＝２π（ｍ／Ｋ）１／２（但し、ｍは質量）の関係があるとされている。この式からＫ＝ｍ・ω２となり、質量ｍはＷＵ／ｇで与えられることから、
Ｋ＝（２πｆ０）２・ＷＵ／ｇ （２）
が得られる。なお、ＷＵは建物の上部重量であり、２階の場合、図３に示すように、地面Ｇ．Ｌから所定の高さｈ１（ｍ）、ここでは１．３５ｍの高さから上の住宅１の重量が住宅１の上部重量ＷＵ（ｋＮ）として扱われる。上部重量ＷＵは設計図面から計算される。
【００２７】
ここで、本発明者は、上記式（２）を以下のように変形することで、耐震強度ＴＫを得ることができるようにした。
【００２８】
ＴＫ＝Ｋ／ＷＵ＝（２πｆ０）２・ＷＵ／ｇ・ＷＵ＝（２πｆ０）２／ｇ
【００２９】
実際には、加振機２０による加振は、２階の床面に規定したＸ軸（ここでは東西方向とする）及びＹ軸（ここでは南北方向とする）に関して行なわれる。つまり、住宅１を加振機２０によりＸ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０Ｘ、Ｙ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０ＹからＸ軸方向、Ｙ軸方向の耐震強度ＴＫＸ、ＴＫＹが算出される。Ｘ軸方向を東西方向とし、Ｙ軸方向を南北方向とするのは、通常、住宅は南向きに建てられるからである。
【００３０】
いずれにしても、解析器１５は、加振機２０によりＸ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０Ｘ、Ｙ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０Ｙを検出し、式（１）からＸ軸方向及びＹ軸方向の耐震強度ＴＫＸ、ＴＫＹを自動的に算出して結果を記憶装置に保存すると共に、ディスプレイにて表示したり、プリントアウトしたりする。
【００３１】
［壁量の算出］
本発明者は、上記のようにして得られた住宅１の卓越周波数から、以下のようにして住宅１の壁量を算出できる式を導出した。
【００３２】
上記のようにして卓越周波数が決まると耐震強度が決定されるが、この時、耐力壁や筋交等の換算壁量を住宅の単位面積あたり３３．０ｃｍ／ｍ２とした場合の耐震強度を１．００とすると、壁量を増加させるごとに耐震強度の数値は上昇する。但し、壁量は、屋根材がコロニアル材などによる軽量材であるか、瓦などによる重量材であるかに応じて分けられることが望ましい。これを表で表すと、図４（ａ）、（ｂ）のようになる。
【００３３】
図４（ａ）の場合、項目１の耐震強度は上記の方法で得られた項目３の卓越周波数ｆ０（検出値）を用いて上記式（１）により算出された値である。そして、項目２、３の実壁量（実際に計算して得られた値）、卓越周波数ｆ０を基に以下の壁量ＲＬの近似式（４）（第２の式）を導出した。
【００３４】
ＲＬ＝１００×（ｆ０−２．９８／６．１４）（ｃｍ／ｍ２） （４）
【００３５】
図４（ｂ）の場合、項目１の耐震強度は上記の方法で得られた項目３の卓越周波数ｆ０（検出値）を用いて上記式（１）により算出された値である。そして、項目２、３の実壁量（実際に計算して得られた値）、卓越周波数ｆ０を基に以下の壁量ＲＨの近似式（５）（第３の式）を導出した。
【００３６】
ＲＨ＝１００×（ｆ０−３．３５／３．９０）（ｃｍ／ｍ２） （５）
【００３７】
この壁量についても、加振機２０による加振は、２階の床面に規定したＸ軸及びＹ軸に関して行なわれる。つまり、住宅１を加振機２０によりＸ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０Ｘ、Ｙ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０ＹからＸ軸方向及びＹ軸方向の壁量ＲＬＸ、ＲＬＹ、ＲＨＸ、ＲＨＹが算出される。
【００３８】
図４（ａ）、（ｂ）の項目４はそれぞれ、上記式（４）、（５）により算出された壁量であり、項目２の実壁量とほぼ同じであることから、式（４）、（５）の有効性が理解できる。
【００３９】
解析器１５は、加振機２０によりＸ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０Ｘ、Ｙ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０Ｙを検出し、軽量屋根材、重量屋根材の別に応じて、式（４）、（５）からＸ軸方向及びＹ軸方向の壁量ＲＬＸ、ＲＬＹ、ＲＨＸ、ＲＨＹを自動的に算出して結果を記憶装置に保存すると共に、表示したり、プリントアウトしたりする。なお、軽量屋根材、重量屋根材の別は、パラメータ入力部１９から指定する。
【００４０】
ここで、壁量が不足していると判定された場合の補強方法の一例について説明する。上記の卓越周波数ｆ０Ｘ、ｆ０Ｙの計測を、軽量材による屋根を持つ室内面積５３ｍ２の住宅に対して行った結果、卓越周波数ｆ０Ｘとして５．０Ｈｚ、ｆ０Ｙとして４．６Ｈｚが得られたものとする。
【００４１】
この場合、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に関する耐震強度ＴＫＸ、ＴＫＹはそれぞれ、上記式（１）より、
ＴＫＸ＝（２π・５．０）２／９８０＝１．０２
ＴＫＹ＝（２π・４．６）２／９８０＝０．８６
となる。
【００４２】
この結果、Ｘ軸方向に関する耐震強度は１．０以上あるので十分であるが、Ｙ軸方向に関しては０．１４不足しているので耐震補強を行なう必要がある。この場合、Ｙ軸方向に関する壁量ＲＬＹは、上記式（４）より、
ＲＬＹ＝１００×（４．６−２．９８／６．１４）＝２６．３４ｃｍ
であり、耐震強度１．０（壁量３３．０ｃｍ）に対する壁量不足は、（３３−２６．３４）＝６．６６ｃｍとなる。この場合、不足分の総量は、６．６６（ｃｍ）×５３（ｍ２）＝３５３ｃｍとなる。
【００４３】
この不足量を筋交で補強するものとすると、通常、筋交１個当たりは２×９１Ｃｍ＝１８２ｃｍの壁量に相当するので、筋交２個による補強を行なえば良いことになる。この２箇所は、東西の振動量が可能な限りバランスがとれるように設定することが望ましく、これにより重心と剛心との間の距離（偏心距離）を最小にすることができる。なお、筋交による補強は一例であり、上記の数値を耐力壁により実現することもできる。
【００４４】
［耐震強度の改善予測］
次に、本発明者は、瓦等の重量材による屋根を、コロニアル材等の軽量材による屋根に代えた場合に耐震強度がどの程度アップするか算出することのできる計算式を導出した。なお、計算式を構成する因子を以下のように定義する。
【００４５】
ＷＵＨ：瓦等の重量材で出来上がっている住宅１の上部重量（ここでは１８０ｋＮとする）
ｆ０Ｈ：瓦等の重量材で出来上がっている住宅１について検出された卓越周波数（４．６Ｈｚとする）
ＷＵＬ：住宅１の屋根をコロニアル材等の軽量材に代えたときの上部重量（１５０ｋＮとする）
【００４６】
そして、住宅１の屋根をコロニアル材等の軽量材に代えたときの卓越周波数ｆ０Ｌを以下の式（６）（第４の式）で算出する。
【００４７】
ｆ０Ｌ＝［（ｆ０Ｈ）２・ＷＵＨ／ＷＵＬ］１／２ （６）
【００４８】
その結果、ｆ０Ｌとして５．０３９｛＝［（４．６）２×１８０／１５０］１／２｝が得られる。
【００４９】
瓦等の重量材による屋根の場合の耐震強度ＴＫＨは、式（１）より、
ＴＫＨ＝（２π×４．６）２／９８０＝０．８６３７
コロニアル等の軽量材に代えたときの耐震強度ＴＫＬは、式（１）より、
ＴＫＬ＝（２π×５．０３９）２／９８０＝１．０３６４
耐震強度ＴＫＬは１．０を超えているので、瓦等の重量材をコロニアル等の軽量材に代えたことで耐震強度が改善されたことが理解できる。
【００５０】
以上のように、解析器１５は、パラメータ入力部１９から耐震強度改善を指定し、上部重量ＷＵＨ、ＷＵＬ、卓越周波数ｆ０Ｈの各値を入力すると、耐震強度ＴＫＨ、ＴＫＬを自動的に算出して結果を記憶装置に保存すると共に、表示したり、プリントアウトしたりする。
【００５１】
［偏心率Ｒｅの算出］
地震力は建物の重心位置に作用し、地震発生の際には建物は剛心を中心として振動する。そのため、建物の偏心率Ｒｅが大きいと建物はねじれ振動を起こして大きな損傷を受ける。
【００５２】
建築基準法では、木造２階建て住宅の場合、偏心率Ｒｅは、０．３以下が望ましいと定められている。
【００５３】
本実施形態では、耐震性能診断のためのファクターとして、偏心率Ｒｅを得ることができるようにしている。以下に、建物の２階の平面図である図５を参照し、具体的な数値を当てはめて説明する。
【００５４】
建物の重心位置を計算により求める。これは、建物の設計図面を用いて計算することができる。
【００５５】
（東西方向の偏心率ＲｅＸ）
これは、建物の重心位置に加振機２０を配置すると共に、重心位置を通る東西方向（つまり、Ｘ軸方向）の室内端部にそれぞれ第１の加速度検出器２１（以下、加速度検出器ＤＷと呼ぶ）、第２の加速度検出器２２（以下、加速度検出器ＤＥと呼ぶ）を配置して南北方向（つまり、Ｙ軸方向）に加振を行なう。
【００５６】
建物の東西方向の幅をＬＸ（＝８００ｃｍ）、Ｘ軸上での加速度検出器ＤＷから剛心までの距離をＡｘ（ｃｍ）とする。上記の南北方向の加振により加速度検出器ＤＷ、ＤＥからそれぞれ検出値（ピーク値）８（ｇａｌ）、１０（ｇａｌ）が得られたとする。
【００５７】
この場合、東西方向の剛性の比は、大きいほうの検出値を１．０（＝１０／１０）とすると、小さいほうの検出値では１．２５（＝１０／８）となる。つまり、剛性比ｒは東側１．０に対して西側は１．２５となる。但し、剛性比ｒは必ず１≦ｒである。そこで、以下の式が成立する。
【００５８】
１． ２５×ＡＸ＝１．０×（ＬＸ−ＡＸ）
【００５９】
上記式よりＡＸ＝ＬＸ／２．２５＝３５５ｃｍとなる。
【００６０】
ここで、建物の重心がＸ軸上での加速度検出器ＤＷから４００ｃｍの位置にあるものとすると、東西方向に関する偏心距離ｅＸは、ｅＸ＝（４００−３５５）＝４５ｃｍとなる。つまり、東西方向に関する剛心位置は、重心位置から西側に４５ｃｍずれた位置にあることになる。
【００６１】
次に、東西方向の偏心率ＲｅＸは以下の式（７）（第５の式）により求められる。
【００６２】
ＲｅＸ＝ＡＸ（ｒＸ＋１）／（ｒＸ）１／２×ＬＸ−１／（ｒＸ）１／２ （７）
ここで、ｒＸは前述した東西方向の剛性比であり、上記の場合、１．２５（＝１．２５／１．０）である。
【００６３】
従って、式（７）により、東西方向の偏心率ＲｅＸが
ＲｅＸ＝３５５（１．２５＋１）／（１．２５）１／２×８００−１／（１．２５）１／２＝０．１１１８として算出される。そして、０．１１１８≦０．３であるので、東西方向の偏心率ＲｅＸは建築基準法で規定された値を満足していることになる。
【００６４】
（南北方向の偏心率ＲｅＹ）
これは、建物の重心位置に加振機２０を配置すると共に、重心位置を通る南北方向（Ｙ軸方向）の室内端部にそれぞれ加速度検出器ＤＳ、ＤＮを配置して東西方向（Ｘ軸方向）に加振を行なう。言うまでも無く、偏心率ＲｅＹは、以下の式（８）（第６の式）で算出される。
【００６５】
ＲｅＹ＝ＡＹ（ｒＹ＋１）／（ｒＹ）１／２×ＬＹ−１／（ｒＹ）１／２ （８）
但し、ＬＹは建物の南北方向の幅、ＡＹはＹ軸上での加速度検出器ＤＳから剛心までの距離であり、ｒＹは南北方向の剛性比である。
【００６６】
以下は、上記と同様にして、南北方向に関する剛心位置、偏心距離ｅＹ及び偏心率ＲｅＹを求める。
【００６７】
以上のようにして、解析器１５は、パラメータ入力部１９より偏心率Ｒｅの算出が指定されると、第１、第２の加速度検出器の検出値を用い、上記式（７）、（８）によりＸ軸方向、Ｙ軸方向の偏心率が建築基準法で定められた値０．３より大きいかどうかで大地震に耐え得るかどうかの判定結果を表示したり、プリントアウトしたりする。
【００６８】
なお、偏心率は０．１５を超えないものとするとの建築基準法もあるが、０．３、０．１５のいずれを採用するかは任意であり、例えば顧客の要望に応じて決めても良い。
【００６９】
以上説明した本発明の実施形態による建物診断装置によれば、建物自体の持つ耐震性能を計測し、より効果的で安価に耐震補強のできる手法が提供される。すなわち、本実施形態による建物診断装置は、まず、その建物の持つ固有の耐震強度を目視でなく計測器及び解析器を使用して正確に表示でき、更には耐震強度の目安となる壁量（筋交を含む）を容易に導出できる。これにより、顧客は自身の建物の周りで発生する近い将来の地震に対し建物が倒壊しないだけの十分安心できる補強を考えることができる。補強は、壁の補強、筋交の補強、重い屋根を軽い屋根に代える間接的な補強方法のいずれも事前に評価し、実施することが可能である。
【００７０】
また、本実施形態による建物診断装置によって建物の偏心率の計測が容易に正しく行なわれることにより、地震対策として地震発生時に建物がねじれによって破壊されることがない様、建物の地震に対する脆弱部分の改修も可能となることから、有効な耐震性能診断並びに補強の補助手段として威力を発揮することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１は、本発明による耐震診断を実施するための計測システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の加振機により住宅を加振した際に得られる加振周波数と加速度検出器で検出される加速度の関係を示した図である。
【図３】図３は、２階建て住宅の上部荷重の定義を説明するための図である。
【図４】図４は、住宅における耐震強度、実壁量、計測された卓越周波数、計算により得られた壁量の関係を示した図であり、図４（ａ）は住宅の屋根が軽量材で作られている場合、図４（ｂ）は住宅の屋根が重量材で作られている場合について示す。
【図５】図５は、本発明による建物診断装置により、住宅の偏心率を算出する場合の加振機及び加速度検出器の配置例を示した平面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 住宅
２０ 加振機
２１ 第１の加速度検出器
２２ 第２の加速度検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は建物、特に住宅家屋の耐震性能を診断する建物診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、建物の建築に際しては耐震設計が施される。一般住宅家屋でも耐震構造に加えて、免震構造や減震構造を採用した建築が増えつつあるが、免震構造や減震構造は高価であることから、その増加率は新築住宅の増加率に比べれば低い。
【０００３】
想定される震度を考慮した耐震構造を採用する場合であっても、住宅が構築される地盤には一種、二種、三種の種別があり、その種別に応じた設計が必要である。しかしながら、このようにして設計された値はあくまでも一般式に基づく設計値であり、設計値が基準を満足していれば安全かと言えば、必ずしもそうであるとは言えない。
【０００４】
このような現状から、新築住宅の購買者には、購入した住宅が実際にどの程度の耐震性能を持つのかを知りたいという欲求がある。つまり、設計値に基づいて求められる耐震性能は、一般式に基づくものであって、実際の住宅構造や地盤状況を考慮したものではないので、あくまでも目安程度のものに過ぎないという心配があるからである。
【０００５】
一方、耐震性能数値の取得欲求は新築住宅の購買者に限らず、現在住んでいる住宅、いわば中古住宅の所有者も同様であるが、設計値をそのまま当てはめて計算することは難しい。
【０００６】
【非特許文献１】「耐震・免震・制震のはなし」第７８−７９頁、斉藤大樹著、２００５年７月２６日、日刊工業新聞社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
建物の耐震性能を示す数値として、例えば耐震強度がある。耐震強度は、建物に対して様々な計測を行い、その計測結果を用いて計算で算出することができる。しかしながら、計測作業は煩雑であり、耐震強度計算も１つの計算式で与えられるものではなく、複雑である。
【０００８】
このような問題点に鑑み、本発明は、耐震強度を含む建物の耐震性能を簡単に取得できるような建物診断装置を提供しようとするものである。
【０００９】
本発明は、特に戸建住宅における耐震性能を判断する要素として、少なくとも耐震強度、壁量、偏心率を簡単に得ることのできる建物診断装置を提供しようとするものである。
【００１０】
本発明はまた、新築の建物のみならず、中古の建物にも適用可能な建物診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による建物診断装置は、建物に配置されて建物を加振するための加振機と、建物に配置された第１の加速度検出器と組み合わされ、前記加振機で加振周波数を変化させながら水平方向に加振している時に前記第１の加速度検出器から得られる加速度検出信号を受け、該加速度検出信号がピーク値を示す前記加振周波数を建物の卓越周波数f０として検出すると共に、検出した卓越周波数f０を用い、建物の耐震強度ТＫを、あらかじめ定められた第１の式ТＫ＝（２πｆ０）２／ｇ（但し、ｇは重力の加速度９８０ｃｍ／ｓｅｃ２）から算出する解析器を含む。
【００１２】
なお、前記卓越周波数ｆ０の検出を、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行い、前記解析器は前記耐震強度ＴＫの算出をＸ軸、Ｙ軸に関して行うことが望ましい。
【００１３】
本発明による建物診断装置によればまた、前記解析器は、前記検出した卓越周波数ｆ０から、建物の壁量Ｒを、屋根材が軽量材である場合にあらかじめ定められた第２の式ＲＬ＝１００×（ｆ０−２．９８／６．１４）（ｃｍ／ｍ２）で算出し、屋根材が重量材である場合にあらかじめ定められた第３の式ＲＨ＝１００×（ｆ０−３．３５／３．９）（ｃｍ／ｍ２）で算出することができる。この場合も、前記卓越周波数ｆ０の検出を、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行い、前記解析器は前記建物の壁量Ｒの算出をＸ軸、Ｙ軸に関して行うことが望ましい。
【００１４】
本発明による建物診断装置によればさらに、前記屋根材が前記重量材である場合の建物の上部重量をＷＵＨとし、この場合に検出された卓越周波数をｆ０Ｈとし、前記屋根材を前記軽量材に変更した時の前記上部重量をＷＵＬとした場合、前記解析器は、前記屋根材を前記軽量材に変更した時の卓越周波数ｆ０Ｌをあらかじめ定められた第４の式ｆ０Ｌ＝［（ｆ０Ｈ）２×ＷＵＨ／ＷＵＬ］１／２により算出し、算出した卓越周波数ｆ０Ｌを前記第１の式に代入して前記屋根材を前記軽量材に変更した時の前記耐震強度ＴＫの算出を行うことができる。この場合も、前記卓越周波数ｆ０Ｈの検出を、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行い、前記解析器は前記屋根材を前記軽量材に変更した時の前記耐震強度ＴＫの算出をＸ軸、Ｙ軸に関して行うことが望ましい。
【００１５】
本発明による建物診断装置によればさらに、前記加振機をあらかじめ知られている住宅の重心位置に配置すると共に、該重心位置を通るＸ軸上の住宅の端部の一方に前記第１の加速度検出器を、他方に第２の加速度検出器を配置し、前記加振機で加振周波数を変化させながらＹ軸かつ水平方向に加振している時に前記第１、第２の加速度検出器から得られる第１、第２の加速度検出信号を受け、前記解析器は、該第１、第２の加速度検出信号がピーク値を示す加速度値をそれぞれα１Ｘ、α２Ｘとして検出し、偏心率ＲｅＸをあらかじめ定められた第５の式
ＲｅＸ＝ＡＸ（ｒＸ＋１）／（ｒＸ）１／２×ＬＸ−１／（ｒＸ）１／２
（但し、ＬＸは建物のＸ軸方向の幅、ＡＸはＸ軸上での第１の加速度検出器から剛心までの距離、ｒＸは１／α１Ｘ、１／α２Ｘのうち、小さい方を分母としたＸ軸方向の剛性比である）により算出し、続いて、前記重心位置を通るＹ軸上の住宅の端部の一方に前記第１の加速度検出器を、他方に前記第２の加速度検出器を配置し、前記加振機で加振周波数を変化させながらＸ軸かつ水平方向に加振している時に前記第１、第２の加速度検出器から得られる第１、第２の加速度検出信号を受け、前記解析器は、これら第１、第２の加速度検出信号がピーク値を示す加速度値をそれぞれα１Ｙ、α２Ｙとして検出し、偏心率ＲｅＹをあらかじめ定められた第６の式
ＲｅＹ＝ＡＹ（ｒＹ＋１）／（ｒＹ）１／２×ＬＹ−１／（ｒＹ）１／２
（但し、ＬＹは建物のＹ軸方向の幅、ＡＹはＹ軸上での第１の加速度検出器から剛心までの距離、ｒＹは１／α１Ｙ、１／α２Ｙのうち、小さい方を分母としたＹ軸方向の剛性比である）により算出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、建物自体の持つ耐震性能、特に耐震強度を計測し、より効果的で安価に耐震補強のできる手法が提供される。すなわち、本発明による建物診断装置は、まず、その建物の持つ固有の耐震強度を目視でなく計測器及び解析器を使用して正確に表示できる。これにより、顧客は自身の建物の周りで発生する近い将来の地震に対し建物が倒壊しないだけの十分安心できる補強を考えることができる。補強は、壁の補強、筋交の補強、重い屋根を軽い屋根に代える間接的な補強方法のいずれも事前に評価し、実施することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１を参照して、本発明による耐震性能診断を実施するための計測システムについて説明する。計測システムは、周波数可変の加振信号を発生する任意波発振器１１、加振信号を増幅する電力増幅器１２、電力増幅器１２からの増幅された加振信号で加振を行なう加振機２０、加振機２０で加振されている間の加速度を検出する第１、第２の加速度検出器２１、２２、これらの検出信号を増幅するための増幅器１３、１７、アナログ信号である検出信号をディジタルの加速度信号に変換するＡ／Ｄ変換器１４、１８、解析器１５、パラメータ入力部１９を含む。ここでは、本発明を２階建ての戸建住宅に適用する場合について説明するが、１階建てや３階建て以上の建物にも適用可能であることは言うまでもない。また、新築、中古の別は問わない。
【００１８】
次に、本計測システムによる耐震性能診断について説明する。以下の耐震性能診断は、解析器１５にインストールされている耐震性能診断のための解析処理プログラムに基づいて行われる。従って、解析器１５は、パーソナルコンピュータ、特にポータブルタイプのパーソナルコンピュータによって実現することができる。この場合、パラメータ入力部１９はキーボードで実現される。また、増幅器、Ａ／Ｄ変換器は解析器に内蔵されていても良い。
【００１９】
［耐震強度の算出］
耐震強度を得る場合、第１の加速度検出器２１の検出信号のみが使用される。
【００２０】
図１において、任意波発振器１１に対して波形を指定することにより、任意波発振器１１から、ここでは正弦波が発生され、電力増幅器１２で増幅されて加振機２０に与えられる。加振機２０は増幅された正弦波に基づいて住宅１を水平方向に振動させる。その時の住宅１の加速度が第１の加速度検出器２１で検出される。第１の加速度検出器２１で検出された加速度信号は、第１の増幅器１３で増幅され第１のＡ／Ｄ変換器１４でディジタル信号に変換されて解析器１５に与えられる。解析器１５は、前述のように解析処理プログラムに基づいて信号処理及び解析処理を行うものである。解析器１５にはまた、任意波発振器１１からの正弦波信号が周波数信号として与えられる。
【００２１】
なお、任意波発振器１１は周波数の異なる複数種類の正弦波信号を発生することができるほか、ランダム波信号としてマルチサイン信号、スウェプトサイン信号を発生することができる。マルチサイン信号というのは、異なる周波数ｆ１〜ｆｎの正弦波信号を様々な振幅を持つように合成した信号である。一方、スウェプトサイン信号というのは、異なる周波数ｆ１〜ｆｎの正弦波信号を振幅が一定の状態になるように合成した信号で、いわば周波数変調波である。
【００２２】
第１の加速度検出器２１で検出される加速度をＵｈとすると、加速度Ｕｈと加振機２０による加振周波数ｆ（任意波発振器１１からの信号周波数）との関係は図２のようになる。つまり、加速度Ｕｈは加振周波数ｆがある値ｆ０になるとピーク値を示す。この周波数は卓越周波数（あるいは固有周波数）と呼ばれる。
【００２３】
解析器１５は、任意波発振器１１からの周波数信号とＡ／Ｄ変換器１４からの加速度信号により、上記卓越周波数ｆ０を検出する。続いて、解析器１５は、以下の式（１）（第１の式）に基づいて耐震強度ＴＫを算出する。
【００２４】
ТＫ＝（２πｆ０）２／ｇ （１）
但し、ｇは重力の加速度９８０ｃｍ／ｓｅｃ２である。
【００２５】
上記式（１）は以下のようにして導かれたものである。
【００２６】
一般的に、建物の強さ（剛性）は建物のばね定数Ｋで表され、非特許文献１によると、固有円振動数ω（＝２πｆ）とばね定数Ｋとの間に、２π／ω＝２π（ｍ／Ｋ）１／２（但し、ｍは質量）の関係があるとされている。この式からＫ＝ｍ・ω２となり、質量ｍはＷＵ／ｇで与えられることから、
Ｋ＝（２πｆ０）２・ＷＵ／ｇ （２）
が得られる。なお、ＷＵは建物の上部重量であり、２階の場合、図３に示すように、地面Ｇ．Ｌから所定の高さｈ１（ｍ）、ここでは１．３５ｍの高さから上の住宅１の重量が住宅１の上部重量ＷＵ（ｋＮ）として扱われる。上部重量ＷＵは設計図面から計算される。
【００２７】
ここで、本発明者は、上記式（２）を以下のように変形することで、耐震強度ＴＫを得ることができるようにした。
【００２８】
ＴＫ＝Ｋ／ＷＵ＝（２πｆ０）２・ＷＵ／ｇ・ＷＵ＝（２πｆ０）２／ｇ
【００２９】
実際には、加振機２０による加振は、２階の床面に規定したＸ軸（ここでは東西方向とする）及びＹ軸（ここでは南北方向とする）に関して行なわれる。つまり、住宅１を加振機２０によりＸ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０Ｘ、Ｙ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０ＹからＸ軸方向、Ｙ軸方向の耐震強度ＴＫＸ、ＴＫＹが算出される。Ｘ軸方向を東西方向とし、Ｙ軸方向を南北方向とするのは、通常、住宅は南向きに建てられるからである。
【００３０】
いずれにしても、解析器１５は、加振機２０によりＸ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０Ｘ、Ｙ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０Ｙを検出し、式（１）からＸ軸方向及びＹ軸方向の耐震強度ＴＫＸ、ＴＫＹを自動的に算出して結果を記憶装置に保存すると共に、ディスプレイにて表示したり、プリントアウトしたりする。
【００３１】
［壁量の算出］
本発明者は、上記のようにして得られた住宅１の卓越周波数から、以下のようにして住宅１の壁量を算出できる式を導出した。
【００３２】
上記のようにして卓越周波数が決まると耐震強度が決定されるが、この時、耐力壁や筋交等の換算壁量を住宅の単位面積あたり３３．０ｃｍ／ｍ２とした場合の耐震強度を１．００とすると、壁量を増加させるごとに耐震強度の数値は上昇する。但し、壁量は、屋根材がコロニアル材などによる軽量材であるか、瓦などによる重量材であるかに応じて分けられることが望ましい。これを表で表すと、図４（ａ）、（ｂ）のようになる。
【００３３】
図４（ａ）の場合、項目１の耐震強度は上記の方法で得られた項目３の卓越周波数ｆ０（検出値）を用いて上記式（１）により算出された値である。そして、項目２、３の実壁量（実際に計算して得られた値）、卓越周波数ｆ０を基に以下の壁量ＲＬの近似式（４）（第２の式）を導出した。
【００３４】
ＲＬ＝１００×（ｆ０−２．９８／６．１４）（ｃｍ／ｍ２） （４）
【００３５】
図４（ｂ）の場合、項目１の耐震強度は上記の方法で得られた項目３の卓越周波数ｆ０（検出値）を用いて上記式（１）により算出された値である。そして、項目２、３の実壁量（実際に計算して得られた値）、卓越周波数ｆ０を基に以下の壁量ＲＨの近似式（５）（第３の式）を導出した。
【００３６】
ＲＨ＝１００×（ｆ０−３．３５／３．９０）（ｃｍ／ｍ２） （５）
【００３７】
この壁量についても、加振機２０による加振は、２階の床面に規定したＸ軸及びＹ軸に関して行なわれる。つまり、住宅１を加振機２０によりＸ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０Ｘ、Ｙ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０ＹからＸ軸方向及びＹ軸方向の壁量ＲＬＸ、ＲＬＹ、ＲＨＸ、ＲＨＹが算出される。
【００３８】
図４（ａ）、（ｂ）の項目４はそれぞれ、上記式（４）、（５）により算出された壁量であり、項目２の実壁量とほぼ同じであることから、式（４）、（５）の有効性が理解できる。
【００３９】
解析器１５は、加振機２０によりＸ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０Ｘ、Ｙ軸方向に加振して得られた卓越周波数ｆ０Ｙを検出し、軽量屋根材、重量屋根材の別に応じて、式（４）、（５）からＸ軸方向及びＹ軸方向の壁量ＲＬＸ、ＲＬＹ、ＲＨＸ、ＲＨＹを自動的に算出して結果を記憶装置に保存すると共に、表示したり、プリントアウトしたりする。なお、軽量屋根材、重量屋根材の別は、パラメータ入力部１９から指定する。
【００４０】
ここで、壁量が不足していると判定された場合の補強方法の一例について説明する。上記の卓越周波数ｆ０Ｘ、ｆ０Ｙの計測を、軽量材による屋根を持つ室内面積５３ｍ２の住宅に対して行った結果、卓越周波数ｆ０Ｘとして５．０Ｈｚ、ｆ０Ｙとして４．６Ｈｚが得られたものとする。
【００４１】
この場合、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に関する耐震強度ＴＫＸ、ＴＫＹはそれぞれ、上記式（１）より、
ＴＫＸ＝（２π・５．０）２／９８０＝１．０２
ＴＫＹ＝（２π・４．６）２／９８０＝０．８６
となる。
【００４２】
この結果、Ｘ軸方向に関する耐震強度は１．０以上あるので十分であるが、Ｙ軸方向に関しては０．１４不足しているので耐震補強を行なう必要がある。この場合、Ｙ軸方向に関する壁量ＲＬＹは、上記式（４）より、
ＲＬＹ＝１００×（４．６−２．９８／６．１４）＝２６．３４ｃｍ
であり、耐震強度１．０（壁量３３．０ｃｍ）に対する壁量不足は、（３３−２６．３４）＝６．６６ｃｍとなる。この場合、不足分の総量は、６．６６（ｃｍ）×５３（ｍ２）＝３５３ｃｍとなる。
【００４３】
この不足量を筋交で補強するものとすると、通常、筋交１個当たりは２×９１Ｃｍ＝１８２ｃｍの壁量に相当するので、筋交２個による補強を行なえば良いことになる。この２箇所は、東西の振動量が可能な限りバランスがとれるように設定することが望ましく、これにより重心と剛心との間の距離（偏心距離）を最小にすることができる。なお、筋交による補強は一例であり、上記の数値を耐力壁により実現することもできる。
【００４４】
［耐震強度の改善予測］
次に、本発明者は、瓦等の重量材による屋根を、コロニアル材等の軽量材による屋根に代えた場合に耐震強度がどの程度アップするか算出することのできる計算式を導出した。なお、計算式を構成する因子を以下のように定義する。
【００４５】
ＷＵＨ：瓦等の重量材で出来上がっている住宅１の上部重量（ここでは１８０ｋＮとする）
ｆ０Ｈ：瓦等の重量材で出来上がっている住宅１について検出された卓越周波数（４．６Ｈｚとする）
ＷＵＬ：住宅１の屋根をコロニアル材等の軽量材に代えたときの上部重量（１５０ｋＮとする）
【００４６】
そして、住宅１の屋根をコロニアル材等の軽量材に代えたときの卓越周波数ｆ０Ｌを以下の式（６）（第４の式）で算出する。
【００４７】
ｆ０Ｌ＝［（ｆ０Ｈ）２・ＷＵＨ／ＷＵＬ］１／２ （６）
【００４８】
その結果、ｆ０Ｌとして５．０３９｛＝［（４．６）２×１８０／１５０］１／２｝が得られる。
【００４９】
瓦等の重量材による屋根の場合の耐震強度ＴＫＨは、式（１）より、
ＴＫＨ＝（２π×４．６）２／９８０＝０．８６３７
コロニアル等の軽量材に代えたときの耐震強度ＴＫＬは、式（１）より、
ＴＫＬ＝（２π×５．０３９）２／９８０＝１．０３６４
耐震強度ＴＫＬは１．０を超えているので、瓦等の重量材をコロニアル等の軽量材に代えたことで耐震強度が改善されたことが理解できる。
【００５０】
以上のように、解析器１５は、パラメータ入力部１９から耐震強度改善を指定し、上部重量ＷＵＨ、ＷＵＬ、卓越周波数ｆ０Ｈの各値を入力すると、耐震強度ＴＫＨ、ＴＫＬを自動的に算出して結果を記憶装置に保存すると共に、表示したり、プリントアウトしたりする。
【００５１】
［偏心率Ｒｅの算出］
地震力は建物の重心位置に作用し、地震発生の際には建物は剛心を中心として振動する。そのため、建物の偏心率Ｒｅが大きいと建物はねじれ振動を起こして大きな損傷を受ける。
【００５２】
建築基準法では、木造２階建て住宅の場合、偏心率Ｒｅは、０．３以下が望ましいと定められている。
【００５３】
本実施形態では、耐震性能診断のためのファクターとして、偏心率Ｒｅを得ることができるようにしている。以下に、建物の２階の平面図である図５を参照し、具体的な数値を当てはめて説明する。
【００５４】
建物の重心位置を計算により求める。これは、建物の設計図面を用いて計算することができる。
【００５５】
（東西方向の偏心率ＲｅＸ）
これは、建物の重心位置に加振機２０を配置すると共に、重心位置を通る東西方向（つまり、Ｘ軸方向）の室内端部にそれぞれ第１の加速度検出器２１（以下、加速度検出器ＤＷと呼ぶ）、第２の加速度検出器２２（以下、加速度検出器ＤＥと呼ぶ）を配置して南北方向（つまり、Ｙ軸方向）に加振を行なう。
【００５６】
建物の東西方向の幅をＬＸ（＝８００ｃｍ）、Ｘ軸上での加速度検出器ＤＷから剛心までの距離をＡｘ（ｃｍ）とする。上記の南北方向の加振により加速度検出器ＤＷ、ＤＥからそれぞれ検出値（ピーク値）８（ｇａｌ）、１０（ｇａｌ）が得られたとする。
【００５７】
この場合、東西方向の剛性の比は、大きいほうの検出値を１．０（＝１０／１０）とすると、小さいほうの検出値では１．２５（＝１０／８）となる。つまり、剛性比ｒは東側１．０に対して西側は１．２５となる。但し、剛性比ｒは必ず１≦ｒである。そこで、以下の式が成立する。
【００５８】
１． ２５×ＡＸ＝１．０×（ＬＸ−ＡＸ）
【００５９】
上記式よりＡＸ＝ＬＸ／２．２５＝３５５ｃｍとなる。
【００６０】
ここで、建物の重心がＸ軸上での加速度検出器ＤＷから４００ｃｍの位置にあるものとすると、東西方向に関する偏心距離ｅＸは、ｅＸ＝（４００−３５５）＝４５ｃｍとなる。つまり、東西方向に関する剛心位置は、重心位置から西側に４５ｃｍずれた位置にあることになる。
【００６１】
次に、東西方向の偏心率ＲｅＸは以下の式（７）（第５の式）により求められる。
【００６２】
ＲｅＸ＝ＡＸ（ｒＸ＋１）／（ｒＸ）１／２×ＬＸ−１／（ｒＸ）１／２ （７）
ここで、ｒＸは前述した東西方向の剛性比であり、上記の場合、１．２５（＝１．２５／１．０）である。
【００６３】
従って、式（７）により、東西方向の偏心率ＲｅＸが
ＲｅＸ＝３５５（１．２５＋１）／（１．２５）１／２×８００−１／（１．２５）１／２＝０．１１１８として算出される。そして、０．１１１８≦０．３であるので、東西方向の偏心率ＲｅＸは建築基準法で規定された値を満足していることになる。
【００６４】
（南北方向の偏心率ＲｅＹ）
これは、建物の重心位置に加振機２０を配置すると共に、重心位置を通る南北方向（Ｙ軸方向）の室内端部にそれぞれ加速度検出器ＤＳ、ＤＮを配置して東西方向（Ｘ軸方向）に加振を行なう。言うまでも無く、偏心率ＲｅＹは、以下の式（８）（第６の式）で算出される。
【００６５】
ＲｅＹ＝ＡＹ（ｒＹ＋１）／（ｒＹ）１／２×ＬＹ−１／（ｒＹ）１／２ （８）
但し、ＬＹは建物の南北方向の幅、ＡＹはＹ軸上での加速度検出器ＤＳから剛心までの距離であり、ｒＹは南北方向の剛性比である。
【００６６】
以下は、上記と同様にして、南北方向に関する剛心位置、偏心距離ｅＹ及び偏心率ＲｅＹを求める。
【００６７】
以上のようにして、解析器１５は、パラメータ入力部１９より偏心率Ｒｅの算出が指定されると、第１、第２の加速度検出器の検出値を用い、上記式（７）、（８）によりＸ軸方向、Ｙ軸方向の偏心率が建築基準法で定められた値０．３より大きいかどうかで大地震に耐え得るかどうかの判定結果を表示したり、プリントアウトしたりする。
【００６８】
なお、偏心率は０．１５を超えないものとするとの建築基準法もあるが、０．３、０．１５のいずれを採用するかは任意であり、例えば顧客の要望に応じて決めても良い。
【００６９】
以上説明した本発明の実施形態による建物診断装置によれば、建物自体の持つ耐震性能を計測し、より効果的で安価に耐震補強のできる手法が提供される。すなわち、本実施形態による建物診断装置は、まず、その建物の持つ固有の耐震強度を目視でなく計測器及び解析器を使用して正確に表示でき、更には耐震強度の目安となる壁量（筋交を含む）を容易に導出できる。これにより、顧客は自身の建物の周りで発生する近い将来の地震に対し建物が倒壊しないだけの十分安心できる補強を考えることができる。補強は、壁の補強、筋交の補強、重い屋根を軽い屋根に代える間接的な補強方法のいずれも事前に評価し、実施することが可能である。
【００７０】
また、本実施形態による建物診断装置によって建物の偏心率の計測が容易に正しく行なわれることにより、地震対策として地震発生時に建物がねじれによって破壊されることがない様、建物の地震に対する脆弱部分の改修も可能となることから、有効な耐震性能診断並びに補強の補助手段として威力を発揮することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１は、本発明による耐震診断を実施するための計測システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の加振機により住宅を加振した際に得られる加振周波数と加速度検出器で検出される加速度の関係を示した図である。
【図３】図３は、２階建て住宅の上部荷重の定義を説明するための図である。
【図４】図４は、住宅における耐震強度、実壁量、計測された卓越周波数、計算により得られた壁量の関係を示した図であり、図４（ａ）は住宅の屋根が軽量材で作られている場合、図４（ｂ）は住宅の屋根が重量材で作られている場合について示す。
【図５】図５は、本発明による建物診断装置により、住宅の偏心率を算出する場合の加振機及び加速度検出器の配置例を示した平面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 住宅
２０ 加振機
２１ 第１の加速度検出器
２２ 第２の加速度検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物に配置されて建物を加振するための加振機と、建物に配置された第１の加速度検出器と組み合わされ、
前記加振機で加振周波数を変化させながら水平方向に加振している時に前記第１の加速度検出器から得られる加速度検出信号を受け、該加速度検出信号がピーク値を示す前記加振周波数を建物の卓越周波数f０として検出すると共に、検出した卓越周波数f０を用い、建物の耐震強度ТＫを、あらかじめ定められた第１の式ТＫ＝（２πｆ０）２／ｇ（但し、ｇは重力の加速度９８０ｃｍ／ｓｅｃ２）から算出する解析器を含むことを特徴とする建物診断装置。
【請求項２】
前記卓越周波数ｆ０の検出を、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行い、前記解析器は前記耐震強度ＴＫの算出をＸ軸、Ｙ軸に関して行うことを特徴とする請求項１に記載の建物診断装置。
【請求項３】
前記解析器は、前記検出した卓越周波数ｆ０から、建物の壁量Ｒを、屋根材が軽量材である場合にあらかじめ定められた第２の式ＲＬ＝１００×（ｆ０−２．９８／６．１４）（ｃｍ／ｍ２）で算出し、屋根材が重量材である場合にあらかじめ定められた第３の式ＲＨ＝１００×（ｆ０−３．３５／３．９）（ｃｍ／ｍ２）で算出することを特徴とする請求項１に記載の建物診断装置。
【請求項４】
前記卓越周波数ｆ０の検出を、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行い、前記解析器は前記建物の壁量Ｒの算出をＸ軸、Ｙ軸に関して行うことを特徴とする請求項３に記載の建物診断装置。
【請求項５】
前記屋根材が前記重量材である場合の建物の上部重量をＷＵＨとし、この場合に検出された卓越周波数をｆ０Ｈとし、前記屋根材を前記軽量材に変更した時の前記上部重量をＷＵＬとした場合、前記解析器は、前記屋根材を前記軽量材に変更した時の卓越周波数ｆ０Ｌをあらかじめ定められた第４の式ｆ０Ｌ＝［（ｆ０Ｈ）２×ＷＵＨ／ＷＵＬ］１／２により算出し、算出した卓越周波数ｆ０Ｌを前記第１の式に代入して前記屋根材を前記軽量材に変更した時の前記耐震強度ＴＫの算出を行うことを特徴とする請求項３に記載の建物診断装置。
【請求項６】
前記卓越周波数ｆ０Ｈの検出を、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行い、前記解析器は前記屋根材を前記軽量材に変更した時の前記耐震強度ＴＫの算出をＸ軸、Ｙ軸に関して行うことを特徴とする請求項５に記載の建物診断装置。
【請求項７】
前記加振機をあらかじめ知られている住宅の重心位置に配置すると共に、該重心位置を通るＸ軸上の住宅の端部の一方に前記第１の加速度検出器を、他方に第２の加速度検出器を配置し、前記加振機で加振周波数を変化させながらＹ軸かつ水平方向に加振している時に前記第１、第２の加速度検出器から得られる第１、第２の加速度検出信号を受け、前記解析器は、該第１、第２の加速度検出信号がピーク値を示す加速度値をそれぞれα１Ｘ、α２Ｘとして検出し、偏心率ＲｅＸをあらかじめ定められた第５の式
ＲｅＸ＝ＡＸ（ｒＸ＋１）／（ｒＸ）１／２×ＬＸ−１／（ｒＸ）１／２
（但し、ＬＸは建物のＸ軸方向の幅、ＡＸはＸ軸上での第１の加速度検出器から剛心までの距離、ｒＸは１／α１Ｘ、１／α２Ｘのうち、小さい方を分母としたＸ軸方向の剛性比である）により算出し、続いて、前記重心位置を通るＹ軸上の住宅の端部の一方に前記第１の加速度検出器を、他方に前記第２の加速度検出器を配置し、前記加振機で加振周波数を変化させながらＸ軸かつ水平方向に加振している時に前記第１、第２の加速度検出器から得られる第１、第２の加速度検出信号を受け、前記解析器は、これら第１、第２の加速度検出信号がピーク値を示す加速度値をそれぞれα１Ｙ、α２Ｙとして検出し、偏心率ＲｅＹをあらかじめ定められた第６の式
ＲｅＹ＝ＡＹ（ｒＹ＋１）／（ｒＹ）１／２×ＬＹ−１／（ｒＹ）１／２
（但し、ＬＹは建物のＹ軸方向の幅、ＡＹはＹ軸上での第１の加速度検出器から剛心までの距離、ｒＹは１／α１Ｙ、１／α２Ｙのうち、小さい方を分母としたＹ軸方向の剛性比である）により算出することを特徴とする請求項１に記載の建物診断装置。
【請求項１】
建物に配置されて建物を加振するための加振機と、建物に配置された第１の加速度検出器と組み合わされ、
前記加振機で加振周波数を変化させながら水平方向に加振している時に前記第１の加速度検出器から得られる加速度検出信号を受け、該加速度検出信号がピーク値を示す前記加振周波数を建物の卓越周波数f０として検出すると共に、検出した卓越周波数f０を用い、建物の耐震強度ТＫを、あらかじめ定められた第１の式ТＫ＝（２πｆ０）２／ｇ（但し、ｇは重力の加速度９８０ｃｍ／ｓｅｃ２）から算出する解析器を含むことを特徴とする建物診断装置。
【請求項２】
前記卓越周波数ｆ０の検出を、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行い、前記解析器は前記耐震強度ＴＫの算出をＸ軸、Ｙ軸に関して行うことを特徴とする請求項１に記載の建物診断装置。
【請求項３】
前記解析器は、前記検出した卓越周波数ｆ０から、建物の壁量Ｒを、屋根材が軽量材である場合にあらかじめ定められた第２の式ＲＬ＝１００×（ｆ０−２．９８／６．１４）（ｃｍ／ｍ２）で算出し、屋根材が重量材である場合にあらかじめ定められた第３の式ＲＨ＝１００×（ｆ０−３．３５／３．９）（ｃｍ／ｍ２）で算出することを特徴とする請求項１に記載の建物診断装置。
【請求項４】
前記卓越周波数ｆ０の検出を、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行い、前記解析器は前記建物の壁量Ｒの算出をＸ軸、Ｙ軸に関して行うことを特徴とする請求項３に記載の建物診断装置。
【請求項５】
前記屋根材が前記重量材である場合の建物の上部重量をＷＵＨとし、この場合に検出された卓越周波数をｆ０Ｈとし、前記屋根材を前記軽量材に変更した時の前記上部重量をＷＵＬとした場合、前記解析器は、前記屋根材を前記軽量材に変更した時の卓越周波数ｆ０Ｌをあらかじめ定められた第４の式ｆ０Ｌ＝［（ｆ０Ｈ）２×ＷＵＨ／ＷＵＬ］１／２により算出し、算出した卓越周波数ｆ０Ｌを前記第１の式に代入して前記屋根材を前記軽量材に変更した時の前記耐震強度ＴＫの算出を行うことを特徴とする請求項３に記載の建物診断装置。
【請求項６】
前記卓越周波数ｆ０Ｈの検出を、水平面上において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に関して行い、前記解析器は前記屋根材を前記軽量材に変更した時の前記耐震強度ＴＫの算出をＸ軸、Ｙ軸に関して行うことを特徴とする請求項５に記載の建物診断装置。
【請求項７】
前記加振機をあらかじめ知られている住宅の重心位置に配置すると共に、該重心位置を通るＸ軸上の住宅の端部の一方に前記第１の加速度検出器を、他方に第２の加速度検出器を配置し、前記加振機で加振周波数を変化させながらＹ軸かつ水平方向に加振している時に前記第１、第２の加速度検出器から得られる第１、第２の加速度検出信号を受け、前記解析器は、該第１、第２の加速度検出信号がピーク値を示す加速度値をそれぞれα１Ｘ、α２Ｘとして検出し、偏心率ＲｅＸをあらかじめ定められた第５の式
ＲｅＸ＝ＡＸ（ｒＸ＋１）／（ｒＸ）１／２×ＬＸ−１／（ｒＸ）１／２
（但し、ＬＸは建物のＸ軸方向の幅、ＡＸはＸ軸上での第１の加速度検出器から剛心までの距離、ｒＸは１／α１Ｘ、１／α２Ｘのうち、小さい方を分母としたＸ軸方向の剛性比である）により算出し、続いて、前記重心位置を通るＹ軸上の住宅の端部の一方に前記第１の加速度検出器を、他方に前記第２の加速度検出器を配置し、前記加振機で加振周波数を変化させながらＸ軸かつ水平方向に加振している時に前記第１、第２の加速度検出器から得られる第１、第２の加速度検出信号を受け、前記解析器は、これら第１、第２の加速度検出信号がピーク値を示す加速度値をそれぞれα１Ｙ、α２Ｙとして検出し、偏心率ＲｅＹをあらかじめ定められた第６の式
ＲｅＹ＝ＡＹ（ｒＹ＋１）／（ｒＹ）１／２×ＬＹ−１／（ｒＹ）１／２
（但し、ＬＹは建物のＹ軸方向の幅、ＡＹはＹ軸上での第１の加速度検出器から剛心までの距離、ｒＹは１／α１Ｙ、１／α２Ｙのうち、小さい方を分母としたＹ軸方向の剛性比である）により算出することを特徴とする請求項１に記載の建物診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１８０６２８（Ｐ２００９−１８０６２８Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０２４７（Ｐ２００８−２０２４７）
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（５９１２１３５１９）ビイック株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（５９１２１３５１９）ビイック株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]